棉花是旱土木本双子叶植物,旱生环境育苗是棉花传统的育苗方式。本世纪初湖南农业大学陈金湘等创建的棉花漂浮育苗是一种新型的水生环境育苗技术。该育苗技术比传统的旱生育苗(营养钵育苗)出苗快、生长整齐、旺盛,根系在营养液中生长健壮,主根发达,支根多,移栽后成活率高,缓苗期短。但在漂浮育苗生态条件下棉苗根系是如何适应水生环境的?根系的形态结构和生理生化代谢与旱生育苗有何差异尚不清楚,有碍该育苗技术的推广应用。为此,本文试图从幼苗根系结构、蛋白质组学以及关键基因表达等方面进行研究,以阐明棉苗根系的水生适应机理,期望为棉花漂浮育苗技术的推广应用提供理论依据,消除认识障碍。采用常规方法与WinRHIZO根系扫描分析系统研究不同品种漂浮育棉苗根系生长状况,并应用主成分分析和聚类分析方法将参试品种进行分类。在最适应型中选择中棉所12号作为研究材料,以基质保湿育苗为对照,采用透射电镜和光学显微镜观察漂浮育苗不同苗龄棉苗主根尖的超微结构与显微结构,以蛋白质双向电泳技术分析漂浮育苗3叶1心期棉苗水生根的蛋白质差异,并用实时荧光定量PCR技术对根、茎、叶进行了4个关键基因即磷酸甘油酸激酶基因、烯醇酶基因、乙醇脱氢酶基因与14-3-3b基因的表达验证。根据不同棉花品种漂浮育苗环境适应能力的差异,可将参试的29个棉花品种分为最适应型、中等适应型与不适应型3类。漂浮育苗棉苗主根中各个时期均出现了通气组织,而对照中未出现。漂浮育苗的皮层薄壁细胞体积较小。漂浮育苗棉苗主根的韧皮部生长基本正常,而木质部生长出现弱化,其导管直径明显比对照小,导管占中柱的比例也比对照小。1叶1心期,漂浮育苗棉苗主根尖细胞中出现酚类物质。2叶1心期,漂浮育苗的主根尖皮层细胞之间中存在明显的细胞间隙。3叶1心期,漂浮育苗的主根尖中出现淀粉粒。4叶1心期,漂浮育苗棉苗的主根尖中出现含晶细胞,同时,细胞中出现明显的质壁分离现象。3叶1心期棉苗的水生根与对照根系相比有28个差异蛋白,其中包含20个非冗余蛋白。这些蛋白主要涉及新陈代谢、细胞结构、细胞防卫、能量代谢、蛋白质合成、细胞生长等；涉及的主要代谢途径为：糖酵解、乙醇发酵、三羧酸循环等途径。漂浮育苗棉苗水生根中的磷酸甘油酸激酶基因从2叶1心期至4叶1心期的相对表达量均显著超过对照,其相对表达量从1叶1心期至4叶1心期呈上升趋势,4叶1心期至5叶1心期呈急剧下降趋势。水生根中烯醇酶基因相对表达量从1叶1心期至4叶1心期随叶龄的增长而下降的趋势,且均显著高于对照,而对照则基本保持不变。水生根中的乙醇脱氢酶2a基因相对表达量从2叶1心期至5叶1心期显著高于对照。变化特点为1叶1心期至4叶1心期逐步上升,4叶1心期至5叶1心期则急剧下降趋势。水生根中的14-3-3b基因相对表达量从1叶1心期至5叶1心期呈逐渐下降的趋势,且各时期均显著低于对照。在漂浮育苗环境下,棉花不同基因型品种对漂浮育苗适应能力具有一定的差异,这种差异主要体现在根系的外部形态与及其内部结构。漂浮育苗条件下诱导产生的水生根通过组织、细胞结构的变化来适应水生环境。同时,其生理生化代谢也出现了明显的差异,水生根可通过差异蛋白、基因的特异表达来调控代谢途径以适应水生环境生长。